Ученые из МИСИС разработали инновационный метод защиты никелевых суперсплавов от износа и окисления, применяемый для деталей, таких как компоненты авиационных двигателей или энергетических турбин. Исследователи предложили технологию, основанную на нанесении покрытий с высокой твердостью и устойчивостью к окислению при температуре до 1000°C.
Никелевые суперсплавы считаются важными материалами для производства высоконагруженных деталей современных авиационных двигателей и турбин. Большинство этих компонентов изготавливается с использованием метода горячего изостатического прессования гранул с последующей обработкой, что является трудоемким процессом и приводит к значительному образованию отходов.
Новые перспективные аддитивные технологии формирования деталей из этих же гранул, такие как лазерная сварка в порошковом слое (LPBF) и электронно-лучевая порошковая сварка (EBPBF), не могут обеспечивать сразу высокое качество поверхности. Недостаточно полностью расплавленные гранулы и высокая шероховатость аддитивных поверхностей требуют последующей отделочной обработки.
Применение защитного покрытия, включающего оплавление неровной поверхности, предоставляет возможность одновременно исправить дефекты и внедрить жаростойкие элементы в материал.
Ученые из НИТУ МИСИС представили инновационную методологию нанесения устойчивых к окислению покрытий на никелевые жаропрочные сплавы, используя промышленно изготовленные гранулы, содержащие максимально жаростойкие сплавы, в качестве материала для наплавки. Процесс нанесения покрытий осуществляется через вакуумно-импульсно-дуговое плавление тонкого слоя гранул, предварительно закрепленных на поверхности.
Для обеспечения чистоты процесса нанесения покрытий проводилось в вакууме, что требовало создания оригинальной электрической схемы с использованием начального высоковольтного пробоя для формирования канала последующего дугового разряда. Энергия импульсов разряда была оптимизирована с целью полного плавления гранул без излишнего оплавления основы. Полученные покрытия обладают структурой субмикронного уровня, включающей интерметаллические соединения NiAl и Ni3Al, обеспечивающие высокую устойчивость к окислению при температурах до 1000°C.
Добавки Cr, Co и Hf в небольших количествах контролируют диффузию алюминия к поверхности, обеспечивая стабилизацию формирования плотного слоя оксида алюминия Al2O3», - сообщил Константин Купцов, кандидат технических наук и старший научный сотрудник Научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза МИСИС-ИСМАН.
Новый метод, представленный ими, дает возможность создавать однородное и плотное покрытие толщиной около 100 мкм. Значительная толщина этого покрытия при нагреве препятствует диффузии вредных для окисления элементов из подложки к поверхности, обеспечивая стабильность слоя оксида алюминия на протяжении всего срока службы. Подробные результаты исследования опубликованы в научном журнале Surface and Coatings Technology (Q1).
По словам Александра Шевейко, научного сотрудника центра СВС МИСИС-ИСМАН, в будущем эта новая технология будет адаптирована для применения с новыми жаростойкими материалами, такими как сплавы TiAlNb. Возможность устранения дефектов поверхности аддитивных материалов открывает перспективы расширения области применения технологии на материалы, используемые в медицине и устойчивые к коррозии. Различные методы непрерывной подачи гранул к поверхности будут подвергнуты апробации с точки зрения их технологичности.
"Авиационная отрасль занимает одну из ведущих позиций в области научных исследований в экономике, и ее развитие представляет собой стратегическую задачу для государства. Инновационные разработки, направленные на авиакосмическую отрасль, играют ключевую роль в обеспечении технологического суверенитета России. Ученые Университета МИСИС, являющегося ведущим центром по материаловедению в стране, на протяжении многих лет создают новые материалы для использования в экстремальных условиях, а также разрабатывают инженерные решения, связанные с авиастроением и эксплуатацией летательных аппаратов различного назначения. Предложенный нашими исследователями новый метод нанесения покрытий позволит значительно увеличить срок службы деталей, изготовленных из никелевых сплавов", - отметила ректор НИТУ МИСИС, Алевтина Черникова.
Источник информации : Пресс-служба НИТУ МИСИС
